Свойства термопластичных пластмасс

Материал	σВ, МПа	δ, %	КС, кДж/м2	Максимальная температура эксплуатации (без нагрузки), оС
Полиэтилен высокой прочности (>0,94 т/м3)	18-32	100-160	5-20	70-80
Полистирол	40-60	3-4	2	50-70
Фторопласт-4	20-40	250-500	16	250
Органическое стекло	80	5-6	2	65-90
Капрон сухой +30 % волокна	180	3	12	100-130
Эпоксидный пластик	60	4	1,8	-
Эпоксидный пластик с 65 % стеклянной ткани	500	2,5	-	130

Наиболее высокими механическими свойствами – прочностью, удельной прочностью и удельной жесткостью, а также ударной вязкостью, в том числе при нагреве, обладают термоактивные наполненные пластмассы (см. табл. 7), среди которых наиболее широкое распространение имеют так называемые волокнистые пластмассы или волокниты. Они отличаются тем, что наполнителями в них являются стеклянные волокна и ткани, асбест и другие вещества. Особо высокими характеристиками прочности и жесткости и их удельными значениями обладают волокниты с параллельно расположенными волокнами наполнителя, например стекловолокна. Целесообразно, чтобы эти волокна были расположены вдоль действия максимальных растягивающих напряжений. Наибольшей прочностью обладают слоистые пластмассы, отличающиеся тем, что листовые наполнители уложены слоями. Из них самыми высокими свойствами обладают слоистые пластмассы, в которых слоями расположена стеклоткань, объемная доля которой составляет ~50 %.

Таблица 7

Свойства термореактивных пластмасс

Термореактивные полимеры без наполнителей	σВ, МПа	δ, %	КС, кДж/м2	Максимальная температура эксплуатации (без нагрузки), оС
Без наполнителей
Фенолформальдегидные	15-35	1-5	Менее 1	200
Эпоксидные	28-70	3-6		150-175
Кремнийорганические	22-42	5-10		350
С наполнителями
Волокниты	30-90	1-3	10-20	120-140
Стеклотекстолиты	200-600	1-3	50-200	200-400

Пример решения задачи

Вариант 0

Многие изделия изготавли­вают из латуни вытяжкой из листа в холодном состоянии. Иногда в изде­лиях обнаруживаются трещины, воз­никающие без приложения внешних нагрузок (так называемое «сезонное растрескивание»). На рис. 308 показана деталь после глубокой вытяжки и пос­ле растрескивания при вылеживании.

Объяснить сущность этого явления и указать способы его предупрежде­ния. Подобрать марку латуни, не подверженной сезонному растрескиванию. Кроме того, описать структуру, механические и технологические свой­ства α- и (α + β')-латуней.

Решение задачи. Латуни в зависимости от содержания цинка и структуры можно разделить на три класса:

1. α-латуни до 39,5% Zn

2. (α + β')-латуни 39,5…45,7% Zn

3. β'-латуни 45,7…51% Zn

Увеличение содержания цинка изменяет структуру и свойства латуни (рис. 1). Увеличение содержания цинка до определен­ного предела повышает пластичность и прочность. Пластичность достигает максимальных значений при 30-32 % Zn, а проч­ность – при 40 %. При дальнейшем увеличении содержания цинка прочность и пластичность снижаются.

Это изменение свойств определяется свойствами соответству­ющих фаз, образующихся при введении цинка:

α-фаза – твердый раствор типа замещения, пластичность и прочность которой возрастают по мере увеличения содержания цинка; β'-фаза – твердый раствор на базе электронного соедине­ния с объемноцентрированной кубической решеткой и упорядо­ченным расположением атомов (эта фаза отличается повышенной хрупкостью и твердостью, поэтому ее образование снижает вязкость и повышает твердость латуни. При нагреве выше 450 °С β'-фаза превращается в неупорядоченный твердый раствор β, отлича­ющийся большей пластичностью, чем β'-фаза. Из диаграммы состояния «Cu-Zn» видно, что двухфазные (α + β')-латуни приобретают при таком нагреве однородную структуру β-твердого раствора, а следова­тельно, и большую пластичность. Эти свойства фаз определяют технологический процесс изготовления изделий из различных сортов латуни, а также их назначение. Изделия из α-латуни изготавливают главным образом холодной или горячей деформацией, т.к. обработка резанием не дает достаточно чистой поверхности. Изделия из (α + β')-латуни изготавливают горячей (прессование, штамповка) или холодной деформацией (но без вытяжки) или обработкой резанием.

Изделия из α- или (α + β')-латуней применяют в отожженном или в наклепанном состоянии, поскольку термическая обработка (закалка и отпуск) не дает заметного эффекта. В наклепанном состоянии (т.е. после холодной деформации) латунь обладает большей прочностью при пониженной пластичности (см. рис. 1).

а б

Рис. 1. Механические свойства латуни в зависимости от содержания цинка:

а – литая латунь; б – катаная и отожженная латунь

В результате последующего отжига прочность сплава понижается, но пластичность возрастает (рис. 2).

Холодная деформация латуни создает в изделии остаточные напряжения. Они возникают и в результате местной холодной деформации (при изгибе деталей, чеканке, развальцовке и т.п.). При вылеживании или эксплуатации в латунных изделиях иногда возникают трещины. «Сезонное растрескивание» наблюдается глав­ным образом в латунях с содержанием более 20 % Zn и отчетливо обнаруживается, например, в полых изделиях, прутках и т.д. «Сезонное растрескивание» усиливается в химически активных средах, особенно в парах аммиака, ртутных солей, ртути, мыльной воде и т.п. Образование трещин является результатом совместного действия остаточных напряжений, созданных холодной деформа­цией (наиболее опасны растягивающие напряжения) и химически активных сред.

Для предохранения от «сезонного растрескивания» нужен отпуск с нагревом до 200…300 °С; это снимает большую часть остаточных напряжений и незначительно снижает прочность. Но в условиях изготовления и монтажа конструкций с применением разваль­цовки, гибки и т. д. не всегда можно избежать возникновения местных, даже незначительных деформаций, а, следовательно, и «сезонного растрескивания». В таких случаях применяют более дорогие (но имеющие меньшую прочность),не склонные к «сезон­ному растрескиванию» латуни Л96 и Л90.

0 10 30 50 70 п.д. 200 400 600

деформация, % отжиг, ^оС

Рис. 2. Механические свойства латуни Л70 в зависимости от степени холодной

дефор­мации и температуры отжига. П. д. – после деформации

Механические свойства и состав этих латуней (после прокатки и отжига), а также широко применяемой латуни Л68 и типичной (α + β')-латуни ЛС59-1 приведены в табл. 8.

Таблица 8